CCNA Notlarım | Bölüm 3 - Fiziksel Katman (Layer 1)

Selamlar. İkinci bölümde cihazların nasıl anlaştığını işlemiştik.

Bu bölümde donanım kısmına, yani Fiziksel Katman’a (L1) geçiyoruz. Verilerin kablolar ve frekanslar üzerinden nasıl iletildiğini, bant genişliğini, bakır ve fiber kablo türlerini inceliyoruz. İyi okumalar.

Fiziksel Katmanın Amacı

Fiziksel katman (L1); sinyalleşme, bit iletimi, kablolama, kablo sonlandırma (konektörler), arayüz (interface) ve NIC (Network Interface Card) işlemlerinin yapıldığı donanımsal katmandır.

📝 NOT

Data Link Katmanının (L2) yarısından yukarısı yazılımsaldır ve IETF tarafından standartlaştırılır. L2’nin alt kısmı ve L1 ise donanımsaldır; IEEE, ITU-T, EIA/TIA, ISO, ANSI gibi elektronik ve iletişim kurumları tarafından standartlaştırılır.

Fiziksel Katman Özellikleri

Kodlama (Encoding)

Bitlerin (0 ve 1) fiziksel ortama nasıl kodlanacağıdır. Bu kodlama, sonraki aygıt tarafından tanınabilir ve öngörülebilir desenler sağlar.

• Örnek: 10 Mbps Ethernet, Manchester Encoding kullanır.

Sinyalleme (Signaling)

Bit değerlerinin fiziksel ortamda nasıl temsil edildiğidir. Kullanılan ortamın türüne göre değişir:

• Bakır Kablo: Elektrik voltajı ile (Örn: +5V = 1, -5V = 0).
  • 
• Fiber Optik: Işık darbeleri ile (Işık var = 1, Işık yok = 0).
  • 
• Kablosuz (Wireless): Mikrodalga sinyallerindeki genlik, frekans veya faz değişiklikleri (modülasyon) ile.
  • 

Bant Genişliği ve Hız Kavramları

Bant Genişliği (Bandwidth): 1 saniyede iletilen bit sayısıdır. Birimi bps (bits per second)‘dir.

📝 NOT

Küçük “b” bit, büyük “B” Byte anlamına gelir. 1 Byte = 8 bittir.

Örnek Hesaplama: 100 Mbps bant genişliği olan bir hattan 100 MB’lık (Megabyte) bir dosya kaç saniyede iletilir?

• 100 MB = 800 Mb
• 800 Mb / 100 Mbps = 8 saniye.
• Ham veriye yaklaşık %10 Header eklendiği için pratikte iletim ~9 saniye sürer.

Performans Terimleri:

• Throughput (Verim):
  • Hız testi yapıldığında çıkan anlık değerdir.
  • Örneğin: İnternet taahhüdünüz 100 Mbps iken hız testinde 95 Mbps çıkması gibi.
• Goodput:
  • Throughput eksi (-) trafik yükü (Header vb.). 95 Mbps throughput’un 3 Mbps’si Header ise Goodput = 92 Mbps’dir.
• Latency (Gecikme):
  • Bir paketin A noktasından B noktasına ulaşması için geçen süredir.

Bakır Kablolama

Bakır kabloların bazı sınırlamaları vardır:

1. Zayıflama (Attenuation):
   • Belirli bir mesafeden sonra elektrik sinyalleri zayıflar.
   • Bakır kabloda bu mesafe 100 metredir.
2. EMI (Electromagnetic İnterference) ve RFI (Radio Frequency İnterference):
   • Yüksek akım geçen kablolar veya floresan lambalar elektrik sinyallerini bozabilir.
   • Metalik koruma (Shield) ve topraklama ile bu etki azaltılır.
3. Crosstalk:
   • Aynı kablodaki tellerin kendi aralarında oluşturduğu manyetik alanın birbirini etkilemesidir.
   • Telleri birbirine bükmek (twisted pairs) crosstalku azaltır.
   • Aynı bükümdeki İki kablonun manyetik alanlarının ters yönlü olup (Tx+/Tx-, Rx+/Rx-) birbirini sönümlemesi (Cancellation Effect) de crosstalk’u azaltır.

Bakır Kablo Çeşitleri

1. UTP (Unshielded Twisted Pair):
   • En yaygın ağ ortamıdır. 8 tel, 4 bükümden oluşur.
   • RJ-45 konektörleri ile sonlandırılır.
2. STP / FTP / SFTP (Shielded Twisted Pair):
   • EMI/RFI’den korunmak için dışı veya iç bükümleri folyo ile kaplıdır.
   • Folyo, dışarıdan gelen manyetik alanı toplar, bu nedenle topraklama yapılması için metal RJ-45 uçlar kullanılır.
   • Daha pahalı ve kurulumu zordur.
3. Coaxial (Koaksiyel) Kablo:
   • Günümüzde veri haberleşmesinde çok kullanılmaz (Antenler, Kablo TV ve ev interneti altyapısında görülür).
   • BNC veya F-tipi konektörler kullanılır.

📝 NOT

Günümüzde utp kablo çok sık kullanılır çünkü 100mt kuralına uyulup, kaliteli kablo kullanılıp sonlandırması iyi olduğu sürece herhangi bi sorun yaşanmaz.

UTP Kablolama Standartları

UTP standartları TIA/EIA (Örn: TIA/EIA-568) tarafından belirlenir. Kabloların kategorisi arttıkça kalitesi ve taşıdığı veri miktarı artar, ancak mesafe genellikle 100 metre olarak sabittir.

• Kategoriler:
  • 
  • Cat8 maksimum mesafesi 30 metredir.

⚠️ UYARI

Kablolar geriye dönük uyumludur ve altyapı kablolaması her zaman ileriye dönük yapılmalıdır (Cihazları değiştirmek kolaydır ama kablolamayı değiştirmek masraflıdır).

UTP Renk Standartları (T568A ve T568B)

• T568A: 1-YB 2-Y 3-TB 4-M 5-MB 6-T 7-KhB 8-Kh
• T568B: 1-TB 2-T 3-YB 4-M 5-MB 6-Y 7-KhB 8-Kh
• 10 Mbps ve 100 Mbps haberleşmede 8 telin sadece 4’ü data haberleşmesinde kullanılır.
  • 1-Tx+, 2-Tx-, 3-Rx+, 6-Rx-,
  • 4-5 Telefon
  • 7-8 PoE (Power over Ethernet)
• 1 Gbps’de ise 8 telin tamamı aynı anda hem Tx (Gönderme) hem Rx (Alma) için kullanılır.

Kablo Türleri

• Ethernet Düz Kablo (Straight-through):
  • Kablonun iki ucu da aynı standartta (T568A-T568A veya T568B-T568B) sonlandırılır.
  • Farklı tür cihazları bağlarken kullanılır.
  • Örn: PC -> Switch, Router -> Switch
  • Switch’ler çaprazlamayı (crossing) kendi içinde yapar. Bu özellik port numarasının yanındaki “x” işaretinden anlaşılabilir (1x, 2x). Bu yüzden pc veya Router, switch’e düz kablo ile bağlanır.
• Ethernet Çapraz Kablo (Crossover):
  • Bir ucu T568A, diğer ucu T568B olarak sonlandırılır.
  • Aynı tür cihazları bağlarken kullanılır.
  • Örn: Switch -> Switch, PC -> PC, Router -> Router, Hub -> Hub.
  • İki PC bağlanırken mantıken birinin Tx (gönderici) ucu diğerinin Rx (alıcı) ucuna denk gelmelidir.
  • İki switch neden çapraz kablo ile bağlanır?
    • Örneğin: A’dan giden Tx, sw1’de Rx çıkar. sw2’ye girip tekrar Tx olarak çıkar.
    • B’ye: Tx, Tx gider. amaç B’ye Tx’i Rx götürmektir.

📝 NOT

Günümüzde, Auto-MDIX (Media Dependent Interface Crossover) özelliği sayesinde cihaza düz veya çapraz kablo takmanız fark etmez; cihaz portları otomatik olarak kendini ayarlar.

• Console (Rollover) Kablo:
  • Ağ cihazlarına (Switch, Router) ilk yapılandırmayı (config) vermek için kullanılır.
  • Bir ucubir ucu RJ-45, diğer ucu 9 pinli DB-9 seri porttur.
  • RJ-45 ağ cihazına, seri port pc’ye (günümüzde usb çeviriciyle) takılır..

Yatay ve Dikey Kablolama (Patch Panel)

• Patch Panel:
  • Kabloların düzenlenmesi için kullanılır, elektriksel bir cihaz değildir.

• Yatay Kablolama (Horizontal Cabling):
  • Son kullanıcıya (duvar prizlerine) giden kablolamadır.
  • Duvar içi maksimum 90m + Patch panelden Switch’e 5m + PC’den prize 5m = Toplam Maksimum 100 metredir.

• Dikey Kablolama (Backbone Cabling):
  • Farklı katlar arası, panelden panele veya Switch’ten Router’a yapılan omurga kablolamasıdır.

Fiber Optik Kablolama

• Verileri çok daha yüksek bant genişliğinde, ışık hızında ($3 \times 10^8 m/sn$) ve uzun mesafelerde taşır.
• Zayıflamaya daha az duyarlıdır ve EMI/RFI’ye karşı tamamen bağışıktır.
• SC, ST veya LC tipi konektörlerle sonlandırılır ve SFP (Small Form-factor Pluggable) modüller ile Switch’lere takılır.
• UTP’den daha maliyetlidir.

Fiber Kablonun Yapısı

• Core (Çekirdek):
  • Işığın taşındığı iç kısımdır.
  • Camdan yapılmıştır.
• Cladding (Kaplama):
  • Çekirdeğin dış katmanıdır ve yine camdan üretilmiştir.
  • Çekirdekten farklı bir yansıtma katsayısına sahip olması sayesinde ışığın dışarı kaçmasını önleyerek çekirdek içinde kalmasını sağlar.

Fiber Kablo Türleri

1. Single-Mode Fiber (SMF - Tek Modlu):
   • Sarı renklidir.
   • Core 9 mikron, cladding 125 mikron boyutundadır.
   • Güçlü lazer kaynakları kullanır, ışık düz ilerler. 70 km’ye kadar veri taşıyabilir.
2. Multimode Fiber (MMF - Çok Modlu):
   • Turuncu renklidir.
   • Daha büyük bir core’a (50/62.5 mikron) sahiptir.
   • Ucuz LED ışık kullanır ve aynı anda birden fazla ışık sinyali taşınabilir.
   • Dağılım (Dispersion), Işığın çarpa çarpa ilerlerken enerjisini kaybetmesi, nedeniyle maksimum kablo mesafesi genelde 550 metredir (10 Gbps hıza kadar).

Fiber Kullanım Alanları

1. Kurumsal Ağlar: Omurga (backbone) kablolama ve cihaz arası bağlantılarda.
2. Eve Fiber (FTTH / GPON): Ev ve küçük işletmelere geniş bant sağlamak için.
3. Uzun Menzilli Ağlar: ISS’ler tarafından şehirleri ve ülkeleri bağlamak için.
4. Denizaltı Kablo Ağları: Okyanus ötesi iletişim için.

Ekstra Bilgiler:

• 70 km’nin üzerindeki mesafelerde araya tekrarlayıcı (repeater) ve kuvvetlendirici cihazlar konulur.
• Fiber çekilirken en az 2 Core (1 Transmit, 1 Receive) yeterlidir. Ama kazı ve işçilik maliyetleri daha yüksek olduğu için genellikle ihtiyaçtan çok daha fazla core içeren (Örn: 24, 48, 72 core) kablolar çekilir.
• Fiber Patch panele gelen kalın kablo core’lara ayrılıp, füzyon teknolojisi ile pigtail/patch kabloyla birleştirilir.
• Switch’teki boş yerlere. uygun sfp (small form pluggable) modülü alınıp takılır (burda fiber sfp).
  • sfp/1Gbps, sfp+/10Gbps

UTP vs Fiber

Kablosuz Medya (WLAN)

Radyo veya mikrodalga frekansları kullanılarak haberleşme yapılır. Access Point (AP) ve Kablosuz NIC’ler ile bağlantı sağlanır.

Kablosuz Bağlantı Sınırlamaları:

• Kapsama Alanı:
  • Engellere göre değişir. Açık alanda genellikle 70 metre civarıdır.
• Girişim (Interference):
  • örneğin: 2 AP aynı kanaldan yayın yaparsa girişim olur.
• Güvenlik:
  • Dışardan biri gelip paketleri dinleyebilir.
• Paylaşılan Ortam:
  • Temelde WLAN’lar Half-Duplex çalışır. Aynı anda sadece bir aygıt veri gönderip alabilir (Collision olmaması için).
  • Ağa çok kişi bağlanırsa bant genişliği bölünür.

Kablosuz Standartlar:

• Wi-Fi (IEEE 802.11):
  • Wifi Alliance: ieee802.11 demek yerine wlan adlandırması yapar. örn: wifi 6, wifi 5 gibi.
• Bluetooth (IEEE 802.15):
  • PAN (Kişisel Alan Ağı) standardı.
• WiMAX (IEEE 802.16):
  • Geniş bant noktadan çok noktaya erişim.
• Zigbee (IEEE 802.15.4):
  • IoT (Nesnelerin İnterneti) için düşük hızlı ve düşük güç tüketimli sensör ağı.